Кодирование информации в сенсорных системах

В результате действия адекватного раздражителя у большинства рецепторов увеличивается проницаемость клеточной мембраны для катионов, что приводит к ее деполяризации. Исключением из общего правила являются фоторецепторы, где после поглощения энергии квантов света в связи особенностями управления ионными каналами происходит гиперполяризация мембраны. Изменение величины мембранного потенциала рецепторов в ответ на действие стимула представляет собой рецепторный потенциал — входной сигнал первичных сенсорных нейронов. Если величина рецепторного потенциала достигнет критического уровня деполяризации или превысит его, генерируются потенциалы действия, с помощью которых сенсорные нейроны передают в центральную нервную систему информацию о действующих стимулах.

Генерация потенциалов действия происходит в ближайшем к рецепторам перехвате Ранвье миелинизированных волокон или ближайшей к рецепторам части мембраны безмиелинового волокна. Минимальная сила адекватного стимула, достаточная для генерации потенциалов действия в первичном сенсорном нейроне, определяется как его абсолютный порог. Минимальный прирост силы стимула, сопровождающийся значимым изменением реакции сенсорного нейрона, представляет собой дифференциальный порог его чувствительности.

Информация о силе действующего на рецепторы стимула кодируется двумя способами: частотой потенциалов действия, возникающих в сенсорном нейроне (частотное кодирование), и числом сенсорных нейронов, возбудившихся в ответ на действие стимула. При увеличении силы действующего на рецепторы раздражителя повышается амплитуда рецепторного потенциала, что, как правило, сопровождается увеличением частоты потенциалов действия в сенсорном нейроне первого порядка. Чем шире имеющийся частотный диапазон потенциалов действия у сенсорных нейронов, тем большее число промежуточных значений силы раздражителя способна различать сенсорная система. Первичные сенсорные нейроны одинаковой модальности различаются порогом возбуждения, поэтому при действии слабых стимулов возбуждаются только наиболее чувствительные нейроны, но с увеличением силы раздражителя на него реагируют и менее чувствительные нейроны, имеющие более высокий порог раздражения. Чем больше первичных сенсорных нейронов возбудится одновременно, тем сильнее будет их совместное действие на общий нейрон второго порядка, что в итоге отразится на субъективной оценке интенсивности действующего раздражителя.

Длительность ощущения зависит от реального времени между началом и прекращением воздействия на рецепторы, а также от их способности уменьшать или даже прекращать генерацию нервных импульсов при продолжительном действии адекватного стимула. При длительном действии стимула порог чувствительности рецепторов к нему может повышаться, что определяется как адаптация рецепторов. Механизмы адаптации не одинаковы в рецепторах разных модальностей, среди них различают быстро адаптирующиеся (например, тактильные рецепторы кожи) и медленно адаптирующиеся рецепторы (например, проприоцепторы мышц и сухожилий). Быстро адаптирующиеся рецепторы сильнее возбуждаются в ответ на быстрое нарастание интенсивности стимула (фазический ответ), а их быстрая адаптация способствует освобождению восприятия от биологически незначительной информации (например, контакт между кожей и одеждой). Возбуждение медленно адаптирующихся рецепторов мало зависит от скорости изменения стимула и сохраняется при его длительном действии (тонический ответ), поэтому, например, медленная адаптация проприоцепторов позволяет человеку получать нужную ему для сохранения позы информацию в течение всего необходимого времени. Существуют сенсорные нейроны, генерирующие потенциалы действия спонтанно, т. е. при отсутствии раздражения (например, сенсорные нейроны вестибулярной системы), такая активность называется фоновой. Частота нервных импульсов в этих нейронах может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от интенсивности действующего на вторичные рецепторы стимула, кроме того, она может определяться направлением, в котором отклоняются чувствительные волоски механорецепторов. Например, отклонение волосков вторичных механорецепторов в одну сторону сопровождается повышением фоновой активности сенсорного нейрона, которому они принадлежат, а в противоположную сторону — понижением его фоновой активности. Указанный способ рецепции позволяет получать информацию и об интенсивности стимула, и о направлении, в котором он действует

Основные показатели гемодинамики. Взаимоотношение между давлением крови, скоростью кровотока и сопротивлением току крови. Объёмная и линейная скорость кровотока. Условия неразрывности струи.

Снижение давления в синокаротидной зоне вызывает такие сдвиги параметров системной гемодинамики как повышение системного артериального давления, учащение сердечного ритма, увеличение общего периферического сопротивления сосудов, работы сердца и венозного возврата крови к сердцу. Минутный и систолический объем крови могут меняться при этом неоднозначно.

Важным является поддержание постоянного соотношения между объемом крови, содержащейся в большом круге кровообращения, и объемом крови, находящейся в органах грудной клетки (легкие, полости сердца). В сосудах легких содержится до 15 %, а в полостях сердца (в фазе диастолы)—до 10% всей массы крови; исходя из сказанного, центральный (внутригрудной) объем крови может составлять до 25 % общего количества крови в организме.

Растяжимость сосудов малого круга, в особенности легочных вен, позволяет аккумулировать в этой области значительный объем крови при увеличении венозного возврата к правой половине сердца. Аккумуляция крови в малом круге имеет место у людей во время перехода тела из вертикального положения в горизонтальное. Резерв крови в легких используется, когда необходима срочная мобилизация дополнительного количества крови для поддержания должной величины сердечного выброса. Это особенно важно в начале интенсивной мышечной работы. Одним из источников, обеспечивающих резерв сердечного выброса, является также остаточный объем крови в полости желудочков. В горизонтальном положении человека остаточный объем левого желудочка составляет в среднем 100 мл, а в вертикальном — 45 мл. Увеличение ударного объема, наблюдаемое при мышечной работе или действии катехоламинов происходит за счет мобилизации, главным образом, части остаточного объема крови в полости желудочков.

Совместное проявление гетеро- и гомеометрического типов регуляции сердечного выброса выражается в такой последовательности: а) увеличение венозного возврата к сердцу, обусловленное констрикцией артериальных и особенно венозных сосудов в системе циркуляции, ведет к увеличению сердечного выброса; б) последнее, наряду с ростом общего периферического сопротивления сосудов, повышает системное АД; в) это соответственно ведет к увеличению давления в аорте и, следовательно, кровотока в коронарных сосудах; г) гомеометрическая регуляция сердца, основанная на последнем механизме, обеспечивает преодоление сердечным выбросом возросшего сопротивления в аорте и поддержание сердечного выброса на повышенном уровне; д) увеличение сократительной функции сердца вызывает рефлекторное снижение периферического сопротивления сосудов (одновременно с проявлением рефлекторных влияний на периферические сосуды с барорецепторов синокаротидных зон), что способствует уменьшению работы сердца, затрачиваемой на обеспечение необходимого кровотока и давления в капиллярах.

Увеличение количества циркулирующей крови в организме изменяет минутный объем крови, главным образом, вследствие повышения степени наполнения кровью сосудистой системы. Это вызывает усиление притока крови к сердцу, увеличение его кровенаполнения, повышение центрального венозного давления и, следовательно, интенсивности работы сердца. Возвращение величины среднего давления к исходному уровню является результатом включения компенсаторных механизмов: 1) рефлекторные компенсаторные механизмы; 2) непосредственные реакции сосудистой стенки; 3) нормализация объема крови в системе.

В случае кровопотери - большое количество белка из межклеточной жидкости поступает через лимфатическую систему в сосудистое русло, повышая уровень белков плазмы крови. Кроме того, значительно возрастает количество белков, образующихся в печени, что также приводит к восстановлению уровня белков плазмы крови. Одновременно нормализуется объем плазмы, компенсирующий сдвиги, возникающие вследствие кровопотери. Восстановление объема крови до нормы является медленным процессом, но тем не менее через 24—48 ч у человека объем крови становится нормальным, в результате нормализуется и гемодинамика.

Различают линейную и объемную скорость кровотока. Линейная скорость кровотока это расстояние, которое, проходит частица крови в единицу времени. Она зависит от суммарной площади перечного сечения всех сосудов, образующих участок сосудистого русла. В аорте = 0,5-0,6 м/сек. В артериях среднего и мелкого калибра = 0,2-0,4 м/сек. В капиллярах = 0,5 мм/сек. Замедление тока крови в капиллярах имеет большое физиологическое значение, так как в них происходит транскапиллярный обмен. В крупных венах линейная скорость кровотока вновь возрастает до 0,1-0.2 м/сек.

Объемная скорость кровотока это кол-во крови проходящей через поперечное сечение сосуда за единицу времени. Она зависит от разности давлений в начале и конце сосуда и сопротивления току крови.

Для сплошного течения (что харак-но для кровообращ.) несжимаемой жидк-ти выпоняется условие неразрывности струи: через любое сечение струи в ед. времени протекают одинаков. объёмы жидкости, Q= v *S =const.

3. Температура тела ("ядра" и "оболочки") человека. Уравнение теплового баланса гомойотермного организма. Химическая и физическая терморегуляция (механизмы теплообразования и теплообмена).

Уравнение теплового баланса гомойотермного организма имеет следующий вид: M ± QT ± QC ± QR – QE = 0

Где механизмами физической терморегуляции являются:

Qт – теплообмен посредством теплопроводности, QС – теплообмен конвекцией, QR – теплообмен излучением, QЕ – теплообмен испарением. M – теплопродукция.

У человека в состоянии покоя при температуре воздуха около 20 °С и суммарной теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, радиация составляет 66%, испарение воды -19%, конвекция -15% общей потери тепла организмом.

 

Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения уровня теплообразования, т.е. усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках организма. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла.

У человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта.

Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах. В условиях холода теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в неподвижном состоянии. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела, действуя на рецепторы, воспринимающие холодовое раздражение, рефлекторно возбуждает беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб).

В химической терморегуляции, значительную роль играют печень и почки. Температура крови печеночной вены выше температуры крови печеночной артерии, что указывает на интенсивное теплообразование в этом органе. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает.

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменений отдачи тепла организмом. Особо важное значение она приобретает в поддержании постоянства температуры тела во время пребывания организма в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Теплоотдача осуществляется путем теплоизлучения, конвекции, т. е. движения и перемешивания нагреваемого телом воздуха, теплопроведения, т. е. отдачи тепла веществам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела, и испарения воды с поверхности кожи и легких.

В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки в связи с малой теплопроводностью жира. Температура кожи, а следовательно, интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови.

Температура тела человека = температура «ядра» + температура «оболочки».T ядра = const. T оболочки – зависит от температуры окружающей среды.

Местная терморегуляция практически не играет роли. В основном работают нервные и гуморальные механизмы.

Основными механизмами нервной регуляции являются БУР и УР. На уровне УР осущ: Двигательная активность, Обмахивание, Выбор жилищ, обуви, одежды.

В термонейтральных условиях тепловой баланс поддерживается только регуляцией сосудистого тонуса. (БУР)

Центр терморегуляции – совокупность нейронов, расположенных на различных этажах ЦНС и объединенных функцией поддержания постоянной температуры тела.

Спинной мозг: альфа-мотонейроны, клетки боковых рогов (вегетатика). В спинном мозге есть терморецепторы. Продолговатый, средний, мозжечок – имеют малое значение в обеспечении терморегуляции.

Терморегуляторную способность гипоталамуса открыл К.Бернар. При разрушении переднего гипоталамуса(центра теплоотдачи) – животное не способно переносить жару. При его стимуляции – развивается тепловая одышка. Задний гипоталамус – центр теплопродукции. При стимуляции: гипертермия, увеличиваются гликолиз и гликогенолиз, дрожь. При разрушении: животное плохо переносит холод.

Распространение импульсов идет согласно теории «Меченой линии» (если сигнал пришел на один нейрон, то этот нейрон обязательно отправит его в какой либо определенный участок коры). Теория меченой линии обеспечивает наибольшую точность.

Гуморальная регуляция: осуществляется гормонами (тироксин, адреналин (суживает кожные сосуды (уменьшает теплоотдачу), усиливает окислительные процессы в тканях (увеличивает теплопродукцию), глюкокортикоиды, глюкагон, мелатонин).

Билет 47

Строение, свойства и функции оптической системы глаза. Единицы измерения оптической системы глаза. Понятие об остроте зрения. Физическая и физиологическая рефракция. Механизм аккомодации.

Главным механизмом, обеспечивающим ясное видение разноудаленных предметов, явл аккомодация, которая сводится к фокусированию изображения от далеко или близко расположенных предметов на сетчатке. Основной механизм аккомодации заключ в непроизвольном изменении кривизны хрусталика глаза

При сокр иилиарной мышцы натяжение ни связок уменьшается, а хрусталик вел своей эластичности становится более выпуклым. Преломляющая сила глаза увеличивается, и глаз настраивается на видение расположенных предметов. Когда смотрит вдаль, циннова связка нахо натянутом состоянии, что приводит к растягиванию сумки хрусталика и его утолщению Иннервация цилиарной мышцы осуществляется симпатическими и парасимпатическим нервами. Импульсация, поступающая с парасимпатическим волокнам глазодвигательного нерва, вызывает сокращение мыщци. Симпатические волокна, отходящие с верхнего шейного узла, вызывают ее расслабление. Изменение степени сокращения расслабления цилиарной мышцы связано возбуждением сетчатки и находится под влиянием коры головного мозга. Преломляющая сила глаза выражается в диоптриях (D). Одна парасимпатическим волокнам глазодвигательного нерва, вызывает сокращение мыщцы. Симпатические волокна, отходящие от верхнего шейного узла, вызывают ее расслабление. Изменение степени сокращения и расслабления цилиарной мышцы связано с возбуждением сетчатки и находится под влиянием коры головного мозга. Преломляющая сила глаза без явления аккомодации равна 58—60 диоптриям и называется рефракцией.

Миопия (близорукость) - зависеть от большой преломляющей силы глаза или от большой длины глазного яблока Г и п е р м е т р о п и я(дальнозоркость) - слабая пре ломляюшей способности глаза или при малой длине глазного яблока фокусируются за сетчаткой. Астигматизм. Он обусловлен различной кривизной роговицы и хрусталика в различных меридианах

В верхнем отделе ствола, представленном структурами среднего мозга, расположен центр зрачкового рефлекса, который служит для регуляции потока света, поступающего в глаз: на ярком свету зрачок суживается, а в темноте — расширяется. Афферентные импульсы от сетчатки глаза поступают к верхним буфам четверохолмия, где находятся нейроны, осущзамыкание рефлекторной дуги в зависимости от характера афферентной импульсации. При ярком освещении центр зрачкового рефлекса активирует вегетативные ядра глазодвигательных нервов, которые иннервируют мышцы, суживающие зрачок. В темноте характер афферентной импульсации изменяется, в связи с этим рефлекторная дуга замыкается на симпатические нейроны, находящиеся в нижнем шейном и верхнем грудном сегментах спинного мозга. Происходит активация этих нейронов, что ведет к сокращению расширяющих зрачок радиальных мышц.